Quantifizierung der Querschnittsfläche des Sehnervs in der MRT: Ein neuartiges Protokoll mit Fidschi-Software

Zusammenfassung

Wir haben ein detailliertes Protokoll für eine standardisierte Methode zur Beurteilung und Quantifizierung des Sehnervs mittels MRT unter Verwendung einer weit verbreiteten Bildgebungssequenz und open-access-Software für die Bildanalyse bereitgestellt. Die Einhaltung dieses standardisierten Protokolls würde aussagekräftige Daten für den Vergleich zwischen verschiedenen Patienten und verschiedenen Studien liefern.

Zusammenfassung

Die Beurteilung des Sehnervs ist ein wichtiger Aspekt der Glaukomdiagnose und -nachsorge. Dieses Projekt beschreibt ein Protokoll für eine einheitliche Methodik der Bewertung und Quantifizierung von Sehnervenquerschnitten unter Verwendung von 3 T MRT für die Bildaufnahme und der Fiji-Software von ImageJ für die Quantifizierung der Bildverarbeitung. Die Bildaufnahme wurde mit 3 T MRT durchgeführt, mit den richtigen Anweisungen für den Patienten, um eine direkte Fixierung während der Bildgebung zu gewährleisten. Es wurde eine T2-gewichtete fettunterdrückte Sequenz verwendet. Ein koronaler Schnitt, der 3 mm hinter dem Globus und senkrecht zur Sehnervenachse aufgenommen wurde, sollte in die Software hochgeladen werden. Mit Hilfe der Schwellenfunktion wird der Bereich der weißen Substanz des Sehnervs ausgewählt und quantifiziert, wodurch interpersonellen Messverzerrungen eliminiert werden. Wir haben auch die normalen Grenzen für die Querschnittsfläche des Sehnervs nach Alter beschrieben, basierend auf zuvor veröffentlichter Literatur. Wir verwendeten das beschriebene Protokoll, um den Sehnerv eines vermuteten Glaukompatienten zu beurteilen. Der Querschnittsbereich des Sehnervs lag innerhalb der normalen Grenzen, ein Befund, der durch die optische Kohärenztomographie des Sehnervs weiter bestätigt wurde.

Einleitung

Glaukom ist eine Optikusneuropathie, die als häufigste Ursache für irreversible Erblindung gilt¹. Trotzdem ist es in Bezug auf seine Pathophysiologie und Diagnose immer noch schlecht verstanden, ohne eine einzige Standardreferenz für die Diagnose². Nach Angaben des National Institute for Health and Care Excellence (NICE) erfordert die Diagnose des primären Offenwinkelglaukoms (POAG) die Beurteilung mehrerer Domänen, einschließlich der Beurteilung der optischen Bandscheibe bei der Fundusuntersuchung oder der optischen Kohärenztomographie (OCT), der Gesichtsfeldbewertung und der Augeninnendruckmessung ³. Die Idee hinter der Diagnose von Glaukom ist die Feststellung des Vorhandenseins einer fortschreitenden Optikusneuropathie, die quantitativ auf OCT⁴durchgeführt werden kann. In dieser Hinsicht kann die MRT auch zur Beurteilung des Sehnervs und zur Quantifizierung seines Bereichs der weißen Substanz⁵verwendet werden, aber damit dies klinisch aussagekräftig ist, muss das Protokoll, das bei der Quantifizierung der weißen Substanz des Sehnervs verwendet wird, standardisiert werden. Darüber hinaus sollte ein Protokoll auch interpersonellen Variationen berücksichtigen, ein Faktor, der die Genauigkeit bei verschiedenen Krankheiten beeinflussen kann⁶.

Die Beurteilung des Sehnervs beim Glaukom wird optimal über die ophthalmologische Bildgebung, einschließlich OCT, beurteilt, bei der der vorderste Teil des Sehnervs (z. B. die Sehscheibe) beurteilt wird. Auf der anderen Seite beurteilt die Verwendung von MRT zur Beurteilung des Sehnervs in der Regel den retrobulbären Teil des Sehnervs in verschiedenen Entfernungen vom Globus. Mehrere Studien fanden eine starke Korrelation zwischen der Beurteilung der optischen Bandscheibe mittels OCT und MRT^7,8. Es gibt jedoch immer noch kein einheitliches Protokoll für die Beurteilung des Sehnervs und die Quantifizierung der MRT. Die Gliederung der Sehnervengrenze im MRT wurde verwendet, um ihre Querschnittsfläche zu quantifizieren⁵. Diese Methode weist jedoch eine beträchtliche Variabilität zwischen den Bewertern auf, da sie von einem erfahrenen Bewerter durchgeführt werden muss und viel Zeit für die Gliederung benötigt. Ziel des aktuellen Projekts war es, ein Protokoll für eine einheitliche Methodik zur Bewertung und Quantifizierung des Sehnervenquerschnitts unter Verwendung von 3 T MRT für die Bildaufnahme und der Fiji-Software von ImageJ für die Bildverarbeitung und Quantifizierung bereitzustellen.

Protokoll

Die folgende Studie wurde vom Forschungsausschuss und dem institutionellen Prüfungsausschuss des Universitätskrankenhauses von Jordanien genehmigt. Das folgende Protokoll beschreibt die bildgebungstechnische Technik, die zur Erfassung von MRT-Bildern verwendet wird, gefolgt von der Bildverarbeitung und der Quantifizierung des Sehnervs mit Fidschi-Software.

1. MRT-Bilderfassung

HINWEIS: Die MR-Bildaufnahme wurde mit einem 3 Tesla (3 T) MRT durchgeführt, um eine multiplanare T2-gewichtete Fettunterdrückungssequenz durchzuführen (Materialtabelle).

1. Erklären Sie dem Patienten die Untersuchung vollständig. Im Folgenden finden Sie Anweisungen und Erklärungen, die dem Patienten erwähnt werden müssen.
   1. Erklären Sie dem Patienten, dass er sich umziehen und ein spezielles Kleid für die Bildgebung tragen muss.
   2. Lassen Sie die Patienten jeden abgenutzten Eyeliner entfernen, da er aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Titanoxidpigments Artefakte (insbesondere bei 3 T) erzeugen kann.
   3. Stellen Sie sicher, dass der Patient keine Kontraindikationen für die Durchführung der MRT-Bildgebung^{hat 9}:
      1. Fragen Sie den Patienten nach metallischen Materialien, zu denen Gesichtsmasken, Piercings, künstliche Gliedmaßen, magnetische Zahnimplantate, Hirnarterienaneurysmclips gehören können.
      2. Fragen Sie den Patienten nach metallischen intraokularen Fremdkörpern. Fragen Sie dazu den Patienten, ob er ohne geeignete Schutzausrüstung geschweißt hat.
      3. Fragen Sie den Patienten nach implantierbaren Geräten, die möglicherweise nicht mit der MRT kompatibel sind, einschließlich Herzschrittmachern und Insulinpumpen, Analgetika oder Chemotherapiepumpen. Darüber hinaus sind Cochlea-Implantate/Ohrimplantate, implantierbare Neurostimulationssysteme, implantierbare Neurostimulationssysteme, Katheter mit metallischen Komponenten kontraindiziert.
      4. Fragen Sie den Patienten nach metallischen Fremdkörpern, die in seinem Körper verbleiben. Dazu gehören Kugeln, Schrotflintenpellets und Metallsplitter
      5. Fragen Sie den Patienten nach chirurgischen Clips oder Drahtnähten, Gelenkersatz oder Prothesen, IVC-Filter (Inferior Vena Cava), Augenprothesen, Stents oder Intrauterinpessare.
      6. Fragen Sie den Patienten, ob er sich in den letzten 6 Wochen tätowieren lassen hat.
      7. Fragen Sie den Patienten, ob er sich in den letzten acht Wochen einer Koloskopie unterzogen hat.
      8. Aufgrund des engen Platzes des MRT-Geräts fragen Sie den Patienten, ob er Klaustrophobie hat.
         HINWEIS: Schwierigkeiten können bei Patienten mit hohem Body-Mass-Index (BMI) auftreten.
   4. Erklären Sie dem Patienten, dass die Untersuchung voraussichtlich 15 Minuten dauern wird, wo der Patient still bleiben muss.
2. Nachdem Sie die Anweisungen abgeschlossen und sichergestellt haben, dass der Patient die Untersuchung vollständig versteht, holen Sie eine unterzeichnete Zustimmung ein.
3. Legen Sie während der MRT-Bildaufnahme den Patienten in Rückenlage in das MRT-Gerät und fixieren Sie sich während der Bildgebung ohne Kopfbewegung auf ein gerades Ziel. Verwenden Sie bei Patienten mit schlechter Sehschärfe einen Schallreiz, um die Fixierung zu optimieren. Umfassendere Methoden zur Fixierung umfassen das Schließen eines Auges, die Verwendung eines Fixierungsziels zentral in Form eines LCD-Bildschirms, der die Farben ändert, und die Verwendung von Augenschmierstoffen.
4. Stellen Sie sicher, dass der Patient weiß, dass es einen Druckknopf gibt, der gedrückt werden kann, wenn er etwas braucht, während er sich im MRT-Gerät befindet. Während eine Kopfspule verwendet werden kann, können eine Augenspule und eine Orbitalspule für die ophthalmologische Bildgebung besser geeignet sein.
5. Geben Sie die folgenden Parameter für die Bildaufnahme ein: Eine T2-gewichtete Fettunterdrückungssequenz (TR = 3000 Millisekunden; TE = 90 Millisekunden; TE = 100; Sichtfeld = 16 cm×16 cm; Matrix = 296*384; Scheibendicke = 3 mm; Scheibenspalt = 0,3 mm). Das endgültige analysierte Bild war ein schräges koronales Bild 3 mm hinter dem Globus. Es ist wichtig zu beachten, dass, während die T2-gewichtete Fettunterdrückungssequenz im Allgemeinen für die Bildgebung von Sehnerven verwendet wird, andere Sequenzen verwendet werden können, einschließlich der T2-Schnellspin-Echo-Bildgebung.
6. Nehmen Sie einen koronalen Schnitt des Sehnervs orthogonal (d.h. senkrecht) zum Nerv 3 mm posterior zum Globus. Verwenden Sie Scout-Bilder in der transversalen und schrägen sagittalen Ebene, um eine optimale Sehnervenrichtung und Eine optimale Positionierung der Sehnerv-Globus-Verbindung sicherzustellen.
7. Beurteilen Sie die Qualität der Blickfixierung durch Liquorverteilung um den Sehnerv, wo sie gleichmäßig um den Sehnerv verteilt werden sollte, mit fast gleicher Dicke auf allen Seiten.
8. Wiederholen Sie den Vorgang, um den Sehnerv für die andere Seite abbilden.

2. Bildanalyse

1. Laden Sie das Fidschi-Bildverarbeitungspaket von (https://imagej.net/Fiji) herunter.
2. Laden Sie das koronale Bild des Sehnervs zur Analyse in die ImageJ Fiji-Software hoch, indem Sie in der Menüleiste auf Datei klicken, gefolgt von der Schaltfläche Öffnen. Wählen Sie das koronale Bild aus, das verarbeitet werden soll. Übertragen Sie die Bilder in die Fidschi-Software, ohne während der Übertragung die Bildqualität zu verlieren, da der Verlust der Bildqualität zu unzuverlässigen Bildanalyseergebnissen führt.
3. Standardisieren Sie den Maßstab, indem Sie die Anzahl der Pixel pro Längeneinheit angeben, indem Sie eine gerade Linie auf dem Kartenmaßstab zeichnen. Wählen Sie dann in der Menüleiste Analysieren die Option Skalierung festlegen aus. Geben Sie die Länge der Linie an, wie sie im Kartenmaßstab mit der richtigen Längenwähnung (d. h. hauptsächlich mm) angezeigt wird.
4. Konvertieren Sie das Bild mithilfe des Bildmenüs in eine Graustufe, und wählen Sie dann Typ und 8-Bit.
5. Quantifizieren Sie den Intensitätsbereich der Pixel der weißen Substanz.
   1. Verwenden des Lasso-Auswahlwerkzeugs (Plugin | Segmentierung | Lasso-Werkzeug), wählen Sie einen ausreichenden Bereich der weißen Substanz aus, wobei Sie sicherstellen, dass der Bereich der grauen Substanz bei der Auswahl nicht enthalten ist. Wir haben festgestellt, dass eine ausgewählte Fläche der weißen Substanz von insgesamt rund 1000 Pixeln ausreicht. Verwenden Sie das Werkzeug Analysieren und Messen, um den ausgewählten Bereich zu quantifizieren.
6. Zeigen Sie das Histogramm-Werkzeug aus dem Menü Analysieren an, das die Verteilung der Pixelintensität im ausgewählten Bereich der weißen Substanz anzeigt. Klicken Sie auf das Feld Live, um sicherzustellen, dass das Histogramm den ausgewählten Bereich bewertet. Die Grafik auf dem Histogramm sollte eine normale Verteilung der Intensität zeigen.
7. Berechnen Sie den Intensitätsbereich der weißen Substanz wie folgt:
   Untere Grenze = mittlere Intensität - (3* Standardabweichung)
   Obergrenze = mittlere Intensität + (3* Standardabweichung)
8. Öffnen Sie das Schwellenwert-Werkzeug im Menü Bild, gefolgt von der Funktion Anpassen. Geben Sie den bereich an, der aus dem vorherigen Schritt berechnet wurde. Aktivieren Sie nur die Funktion für dunklen Hintergrund und geben Sie die Schwarz-Weiß-Anmerkung B & W aus der Dropdown-Liste an, und klicken Sie dann auf Übernehmen. Die Maske für weiße Substanz, die in der optischen Scheibe vorhanden ist, wird angezeigt.
9. Verwenden des Lasso-Auswahlwerkzeugs (Plugin | Segmentierung | Lasso-Werkzeug),wählen Sie den schwarzen Bereich, der die optische Scheibe darstellt.
10. Verwenden Sie die Measure-Funktion in der Menüleiste Analysieren, die den durch die Schwellenwertfunktion markierten Bereich in mm berechnet.

Ergebnisse

Das Verhältnis von Tasse zu Bandscheibe für einen 30-jährigen männlichen Patienten, der sich für eine Augenuntersuchung vorstellte, betrug 0,8 (Abbildung 1A), was verdächtig ist und auf ein Glaukom hindeuten könnte. Bei der Durchführung einer optischen Kohärenztomographie für die Nervenfaserschichtdicke stellten wir fest, dass die Nervendicke innerhalb der normalen Altersgrenzen lag (Abbildung 1B). Der Patient wurde für eine Orbit-MRT eingeplant, bei ...

Diskussion

Wir beschrieben ein Protokoll zur Beurteilung und Quantifizierung der weißen Substanz des Sehnervs, das für die Beurteilung von Glaukompatienten verwendet werden könnte. Das Protokoll verwendet weit verbreitete Bildsequenzen für die Bildaufnahme und verwendet die Open-Source-Fidschi-Software für die Bildanalyse. Wir standardisierten die Bildparameter, die sich zuvor bei der Bildaufnahme des Sehnervs als am genauesten und am besten reproduzierbar erwiesen haben, einschließlich der Aufforderung an den Patienten, gera...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Magnetic resonance imaging (MRI) machine	Siemens Magnetom Verio	N/A	3T MRI scanner